Henry Moseley - Henry Moseley
Henry Moseley | |
|---|---|
.jpg) Moseley 1914
| |
| Född |
Henry Gwyn Jeffreys Moseley
23 november 1887 |
| Död | 10 augusti 1915 (27 år) |
| Dödsorsak | Dödad i strid |
| Nationalitet | engelsk |
| Medborgarskap | Brittiska |
| Utbildning |
Summer Fields School Eton College |
| Alma mater |
Trinity College, Oxford University of Manchester |
| Känd för | Atomnummer , Moseleys lag |
| Utmärkelser | Matteucci -medalj (1919) |
| Vetenskaplig karriär | |
| Fält | Fysik , kemi |
| Påverkan | Ernest Rutherford |
Henry Gwyn Jeffreys Moseley ( / m oʊ z l i / , 23 skrevs den november 1887 till 1810 skrevs den augusti 1915) var en engelsk fysiker , vars bidrag till den vetenskapen av fysiken var motiveringen med fysikaliska lagar i det föregående empirisk och kemisk begreppet atom nummer . Detta härrörde från hans utveckling av Moseleys lag i röntgenspektra .
Moseleys lag avancerade atomfysik, kärnfysik och kvantfysik genom att tillhandahålla de första experimentella bevisen till förmån för Niels Bohrs teori , bortsett från väteatomspektrumet som Bohr -teorin var utformad för att reproducera. Den teorin förfinade Ernest Rutherfords och Antonius van den Broeks modell, som föreslog att atomen i sin kärna innehåller ett antal positiva kärnladdningar som är lika med dess (atom) tal i det periodiska systemet. Detta är fortfarande den accepterade modellen idag.
När första världskriget utbröt i Västeuropa lämnade Moseley sitt forskningsarbete vid Oxfords universitet bakom sig som volontär för Royal Engineers i den brittiska armén . Moseley tilldelades styrkan av brittiska imperiets soldater som invaderade regionen Gallipoli , Turkiet, i april 1915, som telekommunikationsofficer . Moseley sköts och dödades under slaget vid Gallipoli den 10 augusti 1915, vid 27 års ålder. Experter har spekulerat i att Moseley annars kunde ha fått Nobelpriset i fysik 1916.
Biografi
Henry GJ Moseley, känd för sina vänner som Harry, föddes i Weymouth i Dorset 1887. Hans far Henry Nottidge Moseley (1844–1891), som dog när Moseley var ganska ung, var biolog och professor i anatomi och fysiologi vid University of Oxford, som hade varit medlem i Challenger Expedition . Moseleys mor var Amabel Gwyn Jeffreys, dotter till den walisiska biologen och konchologen John Gwyn Jeffreys . Hon var också den brittiska kvinnomästaren i schack 1913.
Moseley hade varit en mycket lovande skolpojke på Summer Fields School (där en av de fyra "ligorna" är uppkallad efter honom), och han fick ett kungens stipendium för att gå på Eton College . 1906 vann han kemi- och fysikpriserna på Eton. 1906 gick Moseley in på Trinity College vid University of Oxford, där han tog sin kandidatexamen . Medan han studerade vid Oxford gick Moseley med i Apollo University Lodge . Direkt efter examen från Oxford 1910 blev Moseley demonstrant i fysik vid University of Manchester under överinseende av Sir Ernest Rutherford . Under Moseleys första år i Manchester hade han en undervisningsbelastning som doktorandassistent , men efter det första året blev han omplacerad från sina undervisningsuppgifter för att arbeta som forskarassistent . Han tackade nej till en gemenskap som Rutherford erbjöd, och föredrog att flytta tillbaka till Oxford i november 1913, där han fick laboratoriefaciliteter men inget stöd.
Vetenskapligt arbete
Genom att experimentera med betapartiklarnas energi 1912 visade Moseley att höga potentialer kunde uppnås från en radioaktiv radiumkälla, och därmed uppfann det första atombatteriet , även om han inte kunde producera 1MeV som var nödvändig för att stoppa partiklarna.
I 1913, observerade Moseley och mätte röntgenspektra av olika kemiska element (mestadels metaller) som hittades genom metoden enligt diffraktion genom kristaller . Detta var en banbrytande användning av metoden för röntgenspektroskopi i fysik, med hjälp av Braggs diffraktionslag för att bestämma röntgenvåglängderna. Moseley upptäckte ett systematiskt matematiskt samband mellan våglängderna för de producerade röntgenstrålarna och atomnumren på de metaller som användes som mål i röntgenrör. Detta har blivit känt som Moseleys lag .
Innan Moseleys upptäckt hade atomnumren (eller elementtalet) för ett element tänkts som ett semi-godtyckligt sekventiellt tal, baserat på sekvensen av atommassor , men ändrades något där kemister fann att denna modifiering var önskvärd, t.ex. den ryska kemisten, Dmitri Ivanovich Mendeleev . I sin uppfinning av elementets periodiska system hade Mendelejev bytt ordning på några par element för att placera dem på mer lämpliga platser i denna tabell med elementen. Till exempel hade metallerna kobolt och nickel tilldelats atomnumren 27 respektive 28 baserat på deras kända kemiska och fysikaliska egenskaper, även om de har nästan samma atommassa. Faktum är att atommassan av kobolt är något större än för nickel, vilket skulle ha placerat dem i bakåtgående ordning om de hade placerats i det periodiska systemet blindt enligt atommassan. Moseleys experiment med röntgenspektroskopi visade direkt från sin fysik att kobolt och nickel har de olika atomnumren, 27 och 28, och att de placeras korrekt i det periodiska systemet genom Moseleys objektiva mätningar av deras atomnummer. Därför visade Moseleys upptäckt att atomens antal element inte bara är ganska godtyckliga tal baserade på kemi och kemisers intuition, utan de har en fast experimentell grund från fysiken i deras röntgenspektra.
Dessutom visade Moseley att det fanns luckor i atomnummersekvensen vid siffrorna 43, 61, 72 och 75. Dessa mellanslag är nu kända för att vara platserna för de radioaktiva syntetiska elementen technetium och promethium , och också det sista två ganska sällsynta naturligt förekommande stabila element hafnium (upptäckt 1923) och rhenium (upptäckt 1925). Ingenting var känt om dessa fyra element i Moseleys livstid, inte ens deras existens. Baserat på intuitionen till en mycket erfaren kemist hade Dmitri Mendeleev förutsagt att det saknades ett element som saknades i det periodiska systemet, som senare visade sig vara fyllt av technetium, och Bohuslav Brauner hade förutsagt att det fanns ett annat saknat element i denna tabell, som senare befanns fyllas av prometium. Henry Moseleys experiment bekräftade dessa förutsägelser genom att visa exakt vad de saknade atomnumren var, 43 och 61. Dessutom förutspådde Moseley att det fanns ytterligare två oupptäckta element, de med atomnumren 72 och 75, och gav mycket starka bevis på att det fanns fanns inga andra luckor i det periodiska systemet mellan elementen aluminium (atomnummer 13) och guld (atomnummer 79).
Den senare frågan om möjligheten till mer oupptäckta ("saknade") element hade varit ett ständigt problem bland världens kemister, särskilt med tanke på förekomsten av den stora familjen av lanthanidserien av sällsynta jordartsmetaller . Moseley kunde visa att dessa lantanidelement, dvs lantan genom lutetium , måste ha exakt 15 medlemmar - varken mer eller mindre. Antalet element i lanthaniderna hade varit en fråga som var mycket långt ifrån att lösas av kemisterna i början av 1900 -talet. De kunde ännu inte producera rena prover av alla sällsynta jordartsmetaller, inte ens i form av deras salter , och i vissa fall kunde de inte skilja mellan blandningar av två mycket liknande (intilliggande) sällsynta jordartsmetaller från de närliggande rena metaller i det periodiska systemet. Till exempel fanns det ett så kallat "element" som till och med fick det kemiska namnet " didymium ". "Didymium" befanns några år senare helt enkelt vara en blandning av två äkta sällsynta jordartsmetaller, och dessa fick namnen neodym och praseodym , vilket betyder "ny tvilling" och "grön tvilling". Metoden för att separera de sällsynta jordartsmetallerna med jonbytesmetoden hade inte ännu uppfunnits på Moseleys tid.
Moseleys metod vid tidig röntgenspektroskopi kunde snabbt reda ut ovanstående kemiska problem, varav några hade ockuperat kemister under ett antal år. Moseley förutspådde också existensen av element 61, en lantanid vars existens tidigare var misstänkt. Ganska några år senare skapades detta element 61 artificiellt i kärnreaktorer och fick namnet promethium .
Bidrag till förståelse av atomen
Innan Moseley och hans lag, hade atomnummer tänkts som ett halvt godtyckligt ordningsnummer, vagt ökande med atomvikt men inte strikt definierat av det. Moseleys upptäckt visade att atomnummer inte tilldelades godtyckligt, utan snarare har de en bestämd fysisk grund. Moseley postulerade att varje på varandra följande element har en kärnkraftsladdning exakt en enhet större än sin föregångare. Moseley omdefinierade idén om atomnummer från dess tidigare status som en ad hoc numerisk tagg för att hjälpa till att sortera elementen i en exakt sekvens av stigande atomnummer som gjorde det periodiska systemet exakt. (Detta skulle senare ligga till grund för Aufbau -principen i atomstudier.) Som nämnts av Bohr gav Moseleys lag en någorlunda komplett experimentell uppsättning data som stödde (ny från 1911) uppfattningen av Ernest Rutherford och Antonius van den Broek om atomen, med en positivt laddad kärna omgiven av negativt laddade elektroner där atomnumret förstås vara det exakta fysiska antalet positiva laddningar (senare upptäckta och kallade protoner ) i elementens centrala atomkärnor. Moseley nämnde de två forskarna ovan i sin forskningsartikel, men han nämnde faktiskt inte Bohr, som var ganska ny på scenen då. Enkel modifiering av Rydbergs och Bohrs formler visade sig ge teoretisk motivering för Moseleys empiriskt härledda lag för att bestämma atomnummer.
Användning av röntgenspektrometer
Röntgenspektrometrar är grundstenarna för röntgenkristallografi . Röntgenspektrometrarna som Moseley kände dem fungerade enligt följande. Ett glasrörs elektronrör användes, liknande det som Moseley innehöll på bilden här. Inuti det evakuerade röret avfyrades elektroner mot en metallisk substans (dvs. ett prov av rent element i Moseleys arbete), vilket orsakade jonisering av elektroner från elementets inre elektronskal . Rebound av elektroner i dessa hål i de inre skalen orsakar nästa utsläpp av röntgenfotoner som leddes ut ur röret i en semi-balk, genom en öppning i den yttre röntgenskärmning. Dessa diffrakteras därefter av en standardiserad saltkristall, med vinkelresultat avlästa som fotografiska linjer genom exponering av en röntgenfilm fixerad vid utsidan av vakuumröret på ett känt avstånd. Tillämpning av Braggs lag (efter några inledande gissningar av medelavstånden mellan atomer i metallkristallen, baserat på dess densitet) gjorde det möjligt att beräkna våglängden för de utsända röntgenstrålarna.
Moseley deltog i design och utveckling av tidig röntgenspektrometriutrustning, lärde sig några tekniker av William Henry Bragg och William Lawrence Bragg vid University of Leeds och utvecklade andra själv. Många av teknikerna för röntgenspektroskopi inspirerades av de metoder som används med synliga ljusspektroskop och spektrogram , genom att ersätta kristaller, joniseringskammare och fotografiska plattor med sina analoger i ljusspektroskopi . I vissa fall fann Moseley det nödvändigt att modifiera sin utrustning för att upptäcka särskilt mjuka [lägre frekvens ] röntgenstrålar som inte kunde tränga igenom vare sig luft eller papper, genom att arbeta med sina instrument i en vakuumkammare .
Död och efterspel
Någon gång under första hälften av 1914 sa Moseley upp sig från sin tjänst i Manchester, med planer på att återvända till Oxford och fortsätta sin fysikforskning där. Men första världskriget utbröt i augusti 1914, och Moseley tackade nej till detta erbjudande för att istället värva med Royal Engineers i den brittiska armén . Hans familj och vänner försökte övertala honom att inte gå med, men han tyckte att det var hans plikt. Moseley tjänstgjorde som teknisk officer i kommunikation under slaget vid Gallipoli , i Turkiet , med början i april 1915, där han dödades i aktion den 10 augusti 1915. Moseley sköts i huvudet av en turkisk prickskytt när han ringde till en militär ordning.
Bara tjugosju år gammal vid tiden för sin död kunde Moseley enligt vissa forskares mening ha bidragit mycket till kunskapen om atomstruktur om han hade överlevt. Niels Bohr sade 1962 att Rutherfords arbete "inte alls togs på allvar" och att "den stora förändringen kom från Moseley".
Robert Millikan skrev, "I en forskning som är avsedd att rankas som en av de dussin mest lysande i befruktningen, skicklig i utförande och belyser i resultat i vetenskapshistorien, kastade en ung man, tjugosex år gammal, fönstren genom som vi kan skymta den subatomära världen med en bestämdhet och säkerhet som aldrig drömt om förut. Hade Europakriget inte haft något annat resultat än att snusa ur detta unga liv, skulle det ensam göra det till ett av de mest hemska och mest irreparabla brotten i historien."
George Sarton skrev: "Hans berömmelse var redan etablerat på en så säker grund att hans minne kommer att vara grönt för alltid. Han är en av vetenskapens odödliga, och även om han skulle ha gjort många andra tillägg till vår kunskap om hans liv hade sparats , de bidrag som redan tillskrivits honom var av sådan grundläggande betydelse, att sannolikheten för att han skulle överträffa sig själv var extremt liten. i tjugoseks ålder. "
Isaac Asimov skrev: "Med tanke på vad han [Moseley] fortfarande kan ha åstadkommit ... hade hans död mycket väl varit den mest kostsamma enda döden i kriget för mänskligheten i allmänhet." Isaac Asimov spekulerade också i att i händelse av att han inte hade dödats medan han var i det brittiska imperiets tjänst, mycket väl hade Moseley kunnat tilldelas Nobelpriset i fysik 1916, vilket, tillsammans med kemipriset, inte var tilldelas vem som helst det året. Ytterligare trovärdighet ges till denna idé genom att notera mottagarna av Nobelpriset i fysik under de två föregående åren, 1914 och 1915, och året därpå, 1917. År 1914 vann Max von Laue i Tyskland Nobelpriset i fysik för hans upptäckt av diffraktion av röntgenstrålar med kristaller, vilket var ett avgörande steg mot uppfinningen av röntgenspektroskopi . Sedan, 1915, delade William Henry Bragg och William Lawrence Bragg , ett brittiskt far-son-par, detta Nobelpris för sina upptäckter i det omvända problemet-bestämmer strukturen för kristaller med hjälp av röntgenstrålar (Robert Charles Bragg, William Henry Braggs andra son, hade också dödats i Gallipoli, den 2 september 1915). Moseley använde därefter diffraktion av röntgenstrålar med kända kristaller för att mäta röntgenspektra av metaller. Detta var den första användningen av röntgenspektroskopi och ytterligare ett steg mot skapandet av röntgenkristallografi . Dessutom stödde Moseleys metoder och analyser väsentligt begreppet atomnummer och placerade det på en fast, fysikbaserad grund. Dessutom tilldelades Charles Barkla från Storbritannien Nobelpriset 1917 för sitt experimentella arbete med att använda röntgenspektroskopi för att upptäcka de karakteristiska röntgenfrekvenserna som emitteras av de olika elementen, särskilt metaller. " Siegbahn , som fortsatte Moseleys arbete, fick ett [ett Nobelpris i fysik 1924]." Moseleys upptäckter var alltså av samma omfattning som hans kamrats, och dessutom gjorde Moseley det större steget att demonstrera själva grunden för atomnummer. Ernest Rutherford kommenterade att Moseleys arbete, "Tillät honom att slutföra under två år i början av sin karriär en uppsättning undersökningar som säkert skulle ha gett honom ett Nobelpris".
Minnesplattor till Moseley installerades i Manchester och Eton, och ett Royal Society -stipendium, som upprättades genom hans testamente, hade som sin andra mottagare fysikern PMS Blackett , som senare blev president i Society.
Den Institute of Physics Henry Moseley medalj och priset är namnges i hans heder.
Anteckningar
Referenser
Vidare läsning
- Jaffe, Bernard (1971). Moseley och elementens numrering . Garden City, New York: Anchor Books.